(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉出力を検出する検出器と、該検出器の出力信号を伝送する同軸ケーブルと、該同軸ケーブルに接続され前記検出器の出力信号を原子炉出力に換算する信号処理装置とを有する原子炉起動領域中性子監視装置であって、
前記同軸ケーブルに対して接地線との間で浮遊容量が発生する箇所に、前記浮遊容量と並列になるように、第１の共振抑制回路を備えることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項２】
請求項１記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
前記第１の共振抑制回路は、前記同軸ケーブルのシールドと、接地間に設けられることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項３】
請求項１記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
前記第１共振抑制回路は、静電容量と抵抗の直列接続からなることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項４】
請求項１記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
駆動部を制御する制御部を有した動力系統の動力線に対して接地線との間で浮遊容量が発生する箇所に、前記浮遊容量と並列になるように、第２の共振抑制回路を備えることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項５】
請求項４記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
前記第２の共振抑制回路は、前記動力線と、接地間に設けられることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項６】
請求項４記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
前記第２の共振抑制回路は、静電容量と抵抗の直列接続からなることを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【請求項７】
請求項３若しくは請求項６記載の原子炉起動領域中性子監視装置において、
前記静電容量の値は、前記同軸ケーブルに対して発生する浮遊容量の値若しくは、前記動力線に対して発生する浮遊容量の値よりも大きいことを特徴とする原子炉起動領域中性子監視装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改良型沸騰水型原子炉（ＡＢＷＲ）の原子炉圧力容器内の中性子束を測定し、原子炉起動時の出力を監視する原子炉起動領域中性子監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の代表的な原子力プラントであるＡＢＷＲの原子炉出力監視においては、原子炉起動時の中性子束レベルが低い場合と、タービン・発電機で電力を発生するような中性子束レベルが高い場合との、いわゆる原子炉出力運転時との２種の中性子束監視を行っている。原子炉内の中性子束を監視する計装は、核計装と呼ばれている。原子炉起動時の核計装は、起動領域中性子監視装置と呼ばれるシステムが用いられている。一方、出力運転時の中性子束監視は、局所出力領域中性子監視装置と呼ばれるシステムが用いられている。
【０００３】
ここで、ノイズの源が信号ケーブルに流れるコモンモード電流に起因する点に注目し、このコモンモード電流を抑制することでノイズ抑制を図るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的には、コモンモード電流が流れるループのインピーダンス調節することでノイズ抑制を図っている。コモンモードループは、信号ケーブル，浮遊容量，接地から構成されており、浮遊容量とケーブルインダクタンスから構成される直列共振回路を有している。この共振点に一致したノイズは信号ケーブルを流れやすくなるので、中性子監視に用いる周波数に一致させないように信号ケーブルのインダクタンスを変えて共振周波数をシフトしたり、信号ケーブル上に並列共振回路を付加して、中性子監視に用いる周波数帯域のインピーダンスを高くするようにしている。
【０００４】
また、ノイズ源が動力機器の場合の対策として、動力線から接地系に回り込むノイズ電流を低減するための戻り線を採用するとともに、動力線自体にインダクタを付加して動力線を流れるノイズ電流を抑制するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１６２２５７号公報
【特許文献２】特開平９−２８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、ノイズの影響を受ける計装側での抑制策であり、特許文献２はノイズを発生する動力線側の抑制策である。
【０００７】
特許文献１で開示されている計装側の対策においては、信号線を磁性コアに巻いて所望のインダクタンスや並列の静電容量を実現している。しかし、微弱信号を扱う信号線はシールドが強固なことが多く、このため信号ケーブル自体が曲がりにくく、コアに密に巻くことが困難であり、所望のインダクタンスや静電容量の実現が難しい場合も多い。
【０００８】
また、特許文献２においては、動力線側のノイズ電流を抑制するために戻り線の付加やノイズ電流が流れるループに大きなインダクタンスを挿入しているが、戻り線や動力線へのインダクタンス挿入のための工事が大掛かりになる点が問題である。
【０００９】
本発明の目的は、簡易な手段で実現可能なノイズ抑制を図れる原子炉起動領域中性子監視装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、原子炉出力を検出する検出器と、該検出器の出力信号を伝送する同軸ケーブルと、該同軸ケーブルに接続され前記検出器の出力信号を原子炉出力に換算する信号処理装置とを有する原子炉起動領域中性子監視装置であって、前記同軸ケーブルに対して接地線との間で浮遊容量が発生する箇所に、前記浮遊容量と並列になるように、第１の共振抑制回路を備えるようにしたものである。  
かかる構成により、簡易な手段で実現可能なノイズ抑制を図れるものとなる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１の共振抑制回路は、前記同軸ケーブルのシールドと、接地間に設けられるものである。
【００１２】
（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１共振抑制回路は、静電容量と抵抗の直列接続からなる。
【００１３】
（４）上記（１）において、好ましくは、駆動部を制御する制御部を有した動力系統の動力線に対して接地線との間で浮遊容量が発生する箇所に、前記浮遊容量と並列になるように、第２の共振抑制回路を備えるようにしたものである。
【００１４】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第２の共振抑制回路は、前記動力線と、接地間に設けられるものである。
【００１５】
（６）上記（４）において、好ましくは、前記第２の共振抑制回路は、静電容量と抵抗の直列接続からなる。
【００１６】
（７）上記（３）若しくは（６）において、好ましくは、前記静電容量の値は、前記同軸ケーブルに対して発生する浮遊容量の値若しくは、前記動力線に対して発生する浮遊容量の値よりも大きいものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、既設の信号線や動力線に大きな手を加えずに、すなわち簡易な手段で実現可能なノイズ抑制を図れるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】原子力発電プラントにおいて動力系統から計装系統に伝播するノイズを抑制するため、動力系統、計装系統に共振抑制回路を付加した本発明の一実施形態の全体説明図である。
【図２】図１で示した本発明の一実施形態の原子力発電プラントにおける動力系統から計装系統へのノイズ伝播の等価回路である。
【図３】図２の等価回路を元に動力系統で発生したノイズが計装系統に伝播する特性を計算するための回路モデルである。
【図４】図３で示した共振抑制回路が存在する回路モデルのノイズ伝播特性に対し、比較のための共振抑制回路の無い回路モデルである。
【図５】図３、図４の回路モデルから計算した計装ケーブルに流れるコモンモード電流を対比して示した図である。
【図６】図３、図４の回路モデルから計算した動力ケーブルに流れるコモンモード電流を対比して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置の構成及び動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントの構成について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントの構成について説明する。  
原子力発電プラント１００においては、原子炉建屋９の屋内に、原子炉格納容器５と、前置増幅器８と、電線管７とが設置されている。また、原子炉建屋９の屋外の一角に、中性子監視装置１０と、中性子監視装置接地線１９と、電源装置１７及び電源装置接地線２０とが設置されている。原子炉格納容器５の内部には、原子炉圧力容器１と、計装管２と、中性子検出器３と、検出器ケーブル４と、電動機１１と、電動機１１の筐体である電動機筐体１２及び動カケーブル１３とが備えられている。
【００２０】
中性子検出器３は、原子炉圧力容器１内に挿入された計装管２に収納されている。中性子検出器３は、起動領域中性子監視装置用の検出器であり、原子炉内の熱中性子が中性子検出器３に入射し、検出器内部で発生する電離作用によって微弱電流が発生する。原子炉圧力容器１は、接地されている。
【００２１】
原子炉圧力容器１の内部に挿入された計装管２に中性子検出器３が収納され、中性子検出器３からは、中性子入射数に応じた電離電流が発生する。中性子検出器３は、コネクタ３Ａを介して、検出器ケーブル４に接続されている。検出器ケーブル４には、同軸ケーブルを用いている。中性子検出器３によって検出された電離電流は、検出器ケーブル４を介して伝送される。検出器ケーブル４は、電線管７に収容され核計装ケーブル通過用の孔である貫通部（ケーブルペネトレーション）６を貫通して前置増幅器８に接続されている。中性子検出器３が生成した電離電流は、原子炉格納容器５と原子炉建屋９の壁面との問に設置した前置増幅器８により増幅される。増幅された信号は、中性子監視装置１０により原子炉出力に変換される。
【００２２】
一方、原子炉格納容器５の内部には、原子炉の制御や保護ための電動機１１や、図示しないポンプや電磁弁などの各種電磁機器が多数設置されている。これら電磁機器は、交流電源や直流電源の供給を電源側にて制御することによって駆動される。つまり、電源装置１７が、動カケーブル１３を介して、電動機１１を駆動している。電動機１１は、電動機筐体１２に収容されている。
【００２３】
電源装置１７の接地線である電源装置接地線２０と、中性子監視装置１０の接地線である中性子監視装置接地線１９とは、建屋接地幹線１８に接地されている。原子炉圧力容器１や図示していない原子炉建屋９を構成する鉄骨なども結果的に建屋接地幹線１８に電気的に接続されている。
【００２４】
前述したように、図１において、電源装置１７は電動機１１へのパワーの供給によりその動作を制御する。例えば、電源装置１７が単相交流で２線式の場合、動力線の１本の線から電動機１１に流れ込む電流と、他の線から電源装置１７に戻ってくる電流の大きさは完全に一致するのが一般的である。しかし、電源でインバータが使用されているような場合、動力線の１本の線から電動機１１に流れ込む電流と、他の線から電源装置１７に戻ってくる電流の大きさがタイミングによって一致しないことがある。流れ込む電流と、他の線から電源装置１７に戻ってくる電流の大きさが完全に一致する場合は、この２線を流れる電流の総和は零であるが、タイミングによって一致しない場合、電流の総和は有意な値を持つ。この２線に流れる電流の総和がコモンモード電流、すなわちノイズ電流である。プラント内の電動機のうちパワーの大きなものは三相交流を使用することが多い。３線式の場合は３本の線の総和が、４線式の場合は４本の線の総和がコモンモード電流である。コモンモード電流すなわちノイズ電流が存在する場合、近くに信号線が通っていれば、電磁誘導でこのノイズ電流が誘導される可能性があり、また、接地線を介してノイズ電流が計装側に回り込む可能性がある。
【００２５】
図１で示したように、信号ケーブル４は、浮遊容量Ｃｐを介して、建屋接地幹線１８に接続されていると見ることができる。また、動力ケーブル１３は、浮遊容量Ｃｋを介して、建屋接地幹線１８に接続されていると見ることができる。ノイズの源であるコモンモード電流は、この浮遊容量Ｃｋ，Ｃｐを介し、接地を通って流れる。特に、建屋接地幹線１８は、太い線材等で実現されているため抵抗自体は小さく、コモンモード電流が流れるループのインダクタンスと浮遊容量Ｃｋ，Ｃｐで構成される直列共振周波数で、大きなコモンモード電流が流れ、計装にノイズとなって現れる可能性が高い。
【００２６】
その対策として、本実施形態では、図１で示したように、浮遊容量が発生すると考えられる部分に、共振抑制回路１５，１６を接続している。共振抑制回路１６は、計装側に流れるノイズ電流を低減するために備えられている。共振抑制回路１６は、中性子検出器３のコネクタ３Ａと、原子炉圧力容器１との間に設置され、浮遊容量Ｃｋと並列になるように設置されている。共振抑制回路１５は、動力系統で発生するノイズを低減するために備えられている。共振抑制回路１５は、電動機１１の近傍の動力ケーブル１３の外部シールドと、建屋接地幹線１８との間に設置され、浮遊容量Ｃｐと並列になるように設置されている。これらの共振抑制回路１６，１５により、直列共振時の電流を抑制している。
【００２７】
次に、図２を用いて、本実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、動力ケーブル１３と信号ケーブル４の結合を整理した等価回路について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、動力ケーブル１３と信号ケーブル４の結合を整理した等価回路図である。
【００２８】
図２において、信号ケーブル４は、信号ケーブルインピーダンスＺｋで代表している。同様に、動力ケーブル１３は、動力ケーブルインピーダンスＺｐで代表した。ノイズ源は動力側に存在する。
【００２９】
接地幹線は、５つのインピーダンスＺ０１〜Ｚ０５で代表させている。信号ケーブル４及び動力ケーブル１３の浮遊容量は、それぞれＣｋ，Ｃｐである。
【００３０】
次に、図３を用いて、本実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、ノイズ源の発生電圧からコモンモード電流ｉｃ１，ｉｃ２を計算するための回路モデルについて説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、ノイズ源の発生電圧からコモンモード電流ｉｃ１，ｉｃ２を計算するための回路モデル図である。
【００３１】
図３においては、図２に示した等価回路のインピーダンスを、抵抗とインダクタの直列回路で現している。すなわち、信号ケーブル４のインピーダンスＺｋは、抵抗ＲＫ１と、インダクタンスＬＫ１の直列回路で現している。動力ケーブル１３のインピーダンスＺｐは、抵抗ＲＰ１と、インダクタンスＬＰ１の直列回路で現している。
【００３２】
また、接地幹線のインピーダンスＺ１は、抵抗Ｒ１と、静電容量Ｃ１の直列回路で現している。接地幹線のインピーダンスＺ２は、抵抗Ｒ２と、静電容量Ｃ２の直列回路で現している。接地幹線のインピーダンスＺ３は、抵抗Ｒ３と、静電容量Ｃ３の直列回路で現している。接地幹線のインピーダンスＺ４は、抵抗Ｒ４と、静電容量Ｃ４の直列回路で現している。接地幹線のインピーダンスＺ５は、抵抗Ｒ５と、静電容量Ｃ５の直列回路で現している。
【００３３】
さらに、共振抑制回路１５は、抵抗Ｒ７と、静電容量Ｃ７の直列回路で現している。共振抑制回路１６は、抵抗Ｒ６と、静電容量Ｃ６の直列回路で現している。
【００３４】
また、ノイズ源をＶｎとして現している。
【００３５】
次に、図４を用いて、比較のために、共振抑制回路が無い場合における、ノイズ源の発生電圧からコモンモード電流ｉｃ１，ｉｃ２を計算するための回路モデルについて説明する。  
図４は、比較のために、共振抑制回路が無い場合における、ノイズ源の発生電圧からコモンモード電流ｉｃ１，ｉｃ２を計算するための回路モデル図である。
【００３６】
図４では、図３に示した抵抗Ｒ７と、静電容量Ｃ７の直列回路からなる共振抑制回路と、抵抗Ｒ６と、静電容量Ｃ６の直列回路からなる共振抑制回路無くなっており、他の構成は同じである。
【００３７】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、コモンモード電流ｉｃ１，ｉｃ２の計算結果について説明する。  
図５は、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、計装側のコモンモード電流の計算結果図である。図６は、本発明の一実施形態による原子炉起動領域中性子監視装置を用いる原子力発電プラントにおける、動力側のコモンモード電流の計算結果図である。
【００３８】
図５及び図６において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、縦軸はノイズ電流（ｄＢ）を示している。
【００３９】
図５は、図３及び図４を用いて、計装側のコモンモード電流ｉｃ２を計算した結果を示している。
【００４０】
図４に示したように、計装側の共振抑制回路１５を備えていない場合には、２つの周波数でノイズ電流の共振ピークが発生する。低い周波数のピークは、４０ｋＨｚ程度に発生し、高い周波数のピークは、４００ｋＨｚ付近に発生する。
【００４１】
それに対して、図３に示したように、計装側の共振抑制回路１５を備えた場合には、鋭い共振ピークは解消し、ノイズが低下し、ノイズが抑制されている。
【００４２】
ここで、図３の、抵抗Ｒ７と、静電容量Ｃ７の直列回路からなる共振抑制回路（図１の計装側の共振抑制回路１５）において、抵抗Ｒ７の値及び静電容量Ｃ７の値は次のように設定している。すなわち、浮遊容量Ｃｋの値に対して、静電容量Ｃ７の値を大きくする。例えば、浮遊容量Ｃｋが数百ｐＦの場合、静電容量Ｃ７の値は数ｎＦとする。浮遊容量Ｃｋと静電容量Ｃ７は並列接続されているため、浮遊容量Ｃｋの値に対して、静電容量Ｃ７の値を大きくすることで、電流は静電容量Ｃ７の方に流れやすくなる。そして、静電容量Ｃ７を流れた電流は、抵抗Ｒ７によって熱エネルギ−に変換して消費されるので、ノイズを抑制することができる。抵抗Ｒ７の値は数十Ω〜数百Ω程度とする。
【００４３】
従来は、コモンモードループに並列共振回路、もしくは共振周波数シフト回路を挿入する必要があり、結果的に既設の信号線や動力線に手を加えざるを得なかった。一方、本実施形態においては、並列に既設の信号線や動力線に共振抑制回路を接続することになるので、接続する端子のみ必要となるが、既設の信号線や動力線そのものにほとんど手を加える必要が無い。共振抑制回路では、浮遊容量よりも接続するコンデンサの容量を大きくすることで、ノイズ電流を抑制回路側に多く流し、コンデンサに直列に接続した抵抗でノイズ電流を熱に変換する。これにより、従来法では既設の信号線や動力線のインダクタンスを大きくすることで共振周波数を低周波にシフトしたのに対し、本実施形態では急峻な共振ピークそのものを消滅させることができる。
【００４４】
図６は、図３及び図４を用いて、電源側のコモンモード電流ｉｃ１を計算した結果を示している。
【００４５】
図４に示したように、電源側の共振抑制回路１６を備えていない場合には、１つの周波数でノイズ電流の共振ピークが発生する。このピークの周波数は、４０ｋＨｚ程度である。
【００４６】
それに対して、図３に示したように、電源側の共振抑制回路１６を備えた場合には、鋭い共振ピークは解消し、ノイズが低下し、ノイズが抑制されている。
【００４７】
ここで、図３の、抵抗Ｒ６と、静電容量Ｃ６の直列回路からなる共振抑制回路（図１の電源側の共振抑制回路１６）において、抵抗Ｒ６の値及び静電容量Ｃ６の値は次のように設定している。すなわち、浮遊容量Ｃｐの値に対して、静電容量Ｃ６の値を大きくする。例えば、浮遊容量Ｃｐが数十ｎＦの場合、静電容量Ｃ６の値は数百ｎＦとする。浮遊容量Ｃｐと静電容量Ｃ６は並列接続されているため、浮遊容量Ｃｐの値に対して、静電容量Ｃ６の値を大きくすることで、電流は静電容量Ｃ６の方に流れやすくなる。そして、静電容量Ｃ６を流れた電流は、抵抗Ｒ６によって消費されることで、ノイズを抑制することができる。抵抗Ｒ６の値は数十Ω〜数百Ω程度とする。
【００４８】
図５、図６ともに一部の周波数で共振抑制回路の無い方がノイズであるコモンモード電流値が小さくなっている。通常、ノイズが問題になるのはノイズ感度が高い点であり、ノイズ感度の最大値が下げられるという点で効果がある。
【００４９】
図５と図６を比較すると理解されるように、図５に示す計装側では、共振抑制回路が無い場合、４００ｋＨｚ付近と、４０ｋＨｚ付近の２箇所にノイズピークが発生し、図６に示す動力側では、共振抑制回路が無い場合、４０ｋＨｚ付近にノイズピークが発生する。ここで、コモンモードからノーマルモードに変換すると、高周波側のノイズの影響の方が大きいものである。従って、図５に示す２つのノイズピーク及び図６に示す１つのノイズピークの中で、図５に示した４００ｋＨｚ付近のノイズピークの影響が大きい。
【００５０】
そこで、図１に示した例では、計装側の共振抑制回路１５を備えることで、高周波側のノイズ，合わせて４０ｋＨｚ付近のノイズも抑制できるので、計装側の共振抑制回路１５が特に効果的である。計装側の共振抑制回路１５だけでノイズ抑制が十分でない場合には、動力側のノイズの影響もあるため、動力側の共振抑制回路１６を備えることで、さらに効果的にノイズを抑制できる。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態によれば、信号線に流れるノイズ電流、特に問題となる共振点のノイズ電流を抑制することが可能になり、ノイズ電流の最大値を抑制できるので、ノイズ抑制に効果的である。
【００５２】
また、動力線に流れるノイズ電流を抑制することが可能になり、ノイズ電流の最大値を抑制できるので、ノイズ抑制に効果的である。動力側すなわちノイズ発生側のノイズ電流が大きいと、電磁誘導で計装に影響を与える可能性があり、この点でノイズ抑制に効果的である。
【００５３】
さらに、ノイズ電流が流れるコモンモードループに並列に、ノイズ抑制のための共振抑制回路を付加することになるため、ノイズ抑制のための作業が簡単になるだけではなく、大きなコアや長い戻り線もしくは戻り線が付加された特殊電源線が不要となり、高価な部品使用しなくとも良いものである。
【００５４】
以上により、ノイズ電流が流れるコモンモードループに並列に共振抑制回路を付加するので、信号線、動力線自体にはほとんど手を加える必要が無くなる点で、ノイズ対策実施が容易になる。
【００５５】
なお、本発明は、原子力プラントだけでは無く、接地インピーダンスが低い火力や化学プラントのノイズ低減にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１…原子炉圧力容器
２…計装管
３…中性子検出器
４…信号ケーブル
５…原子炉格納容器
６…貫通部
７…電線管
８…前置増幅器
９…原子炉建屋
１０…中性子監視装置
１１…電動機
１２…電動機筐体
１３…動力ケーブル
１４…貫通部
１５，１６…共振抑制回路
１７…電源装置
１８…建屋接地幹線
１９…中性子監視装置接地線
２０…電源装置接地線
１００…原子力発電プラント
【図１】
0005531277.tif 000002
【図２】
0005531277.tif 000003
【図３】
0005531277.tif 000004
【図４】
0005531277.tif 000005
【図５】
0005531277.tif 000006
【図６】
0005531277.tif 000007